扩频通信系统的工作原理
cdma扩频通讯工作原理
cdma扩频通讯工作原理CDMA（Code Division Multiple Access）是一种扩频通信技术，它的工作原理如下：1. 物理层码分多址：CDMA通过将每一个用户的信息进行编码，使其在物理层上以不同的码片序列来传输。
码片序列是一种短且快速变化的比特序列，不同用户的码片序列之间使用不同的编码方式。
这样，在同一时间、频率和空间上，多个用户可以同时传输和接收数据，各用户的信号通过码片序列进行区分。
在接收端，利用相关法则可以将自己的码片序列与接收到的信号进行匹配解码，得到用户的信息。
2. 扩频：CDMA通信中的扩频技术是指将用户的宽带信息信号转换为具有较大带宽的扩频信号，然后与码片序列进行乘积运算，实现用户信号的扩展。
扩频可以提高信号在频域上的带宽，从而增强信号的抗干扰能力。
同时，通过乘积运算可以将用户信号与其他用户信号进行隔离，实现多用户同时传输和接收的能力。
3. 功率控制：CDMA系统需要对每个用户的传输功率进行控制，以保证系统中所有用户的信号在接收端能够以相同的强度到达。
功率控制是为了解决多用户之间的干扰问题，使得不同用户在干扰环境下的接收性能得到保证。
4. 应用层调度和碰撞避免：CDMA系统中的应用层调度算法和碰撞避免机制用于确定哪个用户在特定时间和频率上进行传输。
调度算法根据用户的需求和系统资源等因素，合理地分配时间和频率资源，以优化系统性能。
碰撞避免机制用于避免不同用户在相同时间和频率上进行传输时的碰撞问题，从而避免数据丢失和信号质量下降。
总之，CDMA通过物理层码分多址、扩频、功率控制和应用层调度等技术，实现了多用户同时传输和接收的能力，提供了更高的频谱利用效率和抗干扰能力，是一种高效可靠的通信技术。
「扩频通信的基本原理」
「扩频通信的基本原理」扩频通信是一种通过在发送和接收信号中引入特定的扩频码来增加信号的带宽的通信方式。
它具有很高的抗干扰能力和隐蔽性，已广泛应用在无线通信领域，如蓝牙、Wi-Fi和CDMA等。
扩频通信的基本原理是利用一种称为扩频码的特定序列来扩展信号。
扩频码是一种伪随机序列，具有良好的自相关和互相关特性，能够在频域上将信号的能量分散到一个宽带范围内。
通过将扩频码与要发送的原始信号进行点乘运算，可以将信号的频率带宽扩充为扩频信号。
在发送端，原始信号经过调制后与扩频码进行点乘运算，得到扩频信号。
扩频码的周期通常远远大于原始信号的周期，因此扩频信号的频率带宽也远远大于原始信号的频率带宽。
这种频率带宽扩展会导致扩频信号的能量变得很弱，但由于扩频码具有良好的互相关特性，接收端可以通过与相同扩频码进行点乘运算来恢复出原始信号。
在接收端，接收到的扩频信号经过与相同扩频码的点乘运算后，可以得到一个扩宽了的信号频谱。
通过对这个频谱进行窄带滤波，可以去除其他频率的干扰信号，最后得到原始信号。
扩频通信的优点之一是抗干扰能力强。
由于扩频信号的能量被分散到宽带范围内，单个频率干扰对整个信号的影响较小，因此扩频信号在传输过程中对于短时干扰和窄带干扰具有较强的抵抗能力。
另一个优点是隐蔽性高。
扩频通信中使用的扩频码具有伪随机的特性，对于未经授权的接收方来说，扩频码看起来像是随机噪声，难以识别和解码原始信号。
然而，扩频通信也有一些限制和挑战。
由于扩频信号的频率带宽较宽，相比于窄频信号，扩频通信需要更大的带宽。
此外，扩频通信在传输过程中需要保持发送和接收端的扩频码同步，否则会导致解码失败。
总之，扩频通信通过引入扩频码来增加信号的带宽，具有高抗干扰性和隐蔽性的特点。
它在无线通信领域得到广泛应用，并且是现代无线通信技术的重要组成部分。
直接扩频通信系统设计原理
02 直 接 扩 频 通 信 系 统 概 述 04 直 接 扩 频 通 信 系 统 的 关 键 技
术
06 直 接 扩 频 通 信 系 统 的 优 势 与局限性
Part One
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Part Two
直接扩频通信系统 概述
直接扩频通信系统的基本概念
定义：直接扩频通信系统是一种无线通 信技术，通过将信息信号扩展到很宽的 频带上进行传输，以实现抗干扰和保密 通信。
扩频码的选择与设计
扩频码的特性：具有良好的自相关和互相关特性，能够实现精确的扩频和解扩频 扩频码的分类：包括随机码、伪随机码、复合码等，根据不同的应用场景选择合适的扩频码 扩频码的设计原则：保证系统的抗干扰性能、保密性能和可靠性等 扩频码的生成方法：可以采用线性反馈移位寄存器等方法生成
抗干扰与抗多径干扰技术
直接扩频通信系统在卫星通信中的应用
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抗干扰能力强：直接扩频通信系统采用扩频技术，具有抗干扰能力强、抗多 径干扰性能好的优点，能够提高卫星通信的可靠性和稳定性。
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隐蔽性好：由于扩频通信的信号速率很低，因此直接扩频通信系统的隐蔽性 较好，能够有效地防止被窃听和干扰。
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Part Six
直接扩频通信系统 的优势与局限性
直接扩频通信系统的优势
抗干扰能力强：扩频通信利用扩频技术将信号扩展至很宽的频带中，使其功率谱密度 降低，提高了抗干扰能力。
抗多径干扰能力强：由于扩频通信系统具有抗多径干扰的特性，因此可以有效抵抗多 径干扰，提高通信质量。
保密性好：扩频通信系统可以将信号扩展至很宽的频带中，使其不易被检测和截获， 提高了通信的保密性。
同步技术的实现方法
扩频通信原理
扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。
这种通信方式与常规的窄道通信方式是有区别的：一是信息的频谱扩展后形成宽带传输；二是相关处理后恢复成窄带信息数据。
正是由于这两大持点，使扩频通信有如下的优点：抗干扰抗噪音抗多径衰落具有保密性功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获概率可多址复用和任意选址高精度测量等正是由于扩频通信技术具有上述优点，自50年代中期美国军方便开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。
直到80年代初才被应用于民用通信领域。
为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。
2.1 扩展频谱通信的定义所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。
这一定义包含了以下三方面的意思：一、信号的频谱被展宽了。
我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。
例如人类的语音的信息带宽为300Hz --- 3400Hz，电视图像信息带宽为数MHz。
为了充分利用频率资源，通常都是尽量采用大体相当的带宽的信号来传输信息。
在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的。
如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语音信息带宽的两倍；电视广播射频信号带宽也只是其视频信号带宽的一倍多。
这些都属于窄带通信。
一般的调频信号，或脉冲编码调制信号，它们的带宽与信息带宽之比也只有几到十几。
扩频技术原理
扩频技术原理扩频技术，是一种在通信中广泛应用的调制技术，它通过将信号在频域上进行扩展，使其带宽变宽，从而提高了通信系统的抗干扰性能和传输速率。
扩频技术主要应用于无线通信、卫星通信、雷达系统等领域，成为现代通信技术中不可或缺的一部分。
一、扩频技术的基本原理扩频技术的基本原理是将原始信号通过乘法运算与扩频码相乘，从而实现信号的扩展。
扩频码是一种特殊的序列，通常是伪随机序列。
扩频码序列具有良好的互相关性，可以在接收端实现信号的解扩。
二、扩频技术的信号传输方式扩频技术有两种主要的信号传输方式：直接序列扩频和频率跳变扩频。
1. 直接序列扩频(DSSS)直接序列扩频是最常见的扩频技术之一，它将原始信号与扩频码进行乘法运算，通过改变扩频码的周期来改变信号的传输速率。
在发送端，原始信号被扩展成宽带信号，然后通过信道进行传输。
在接收端，接收到的扩频信号通过与扩频码的相关运算，得到原始信号。
2. 频率跳变扩频(FHSS)频率跳变扩频是另一种常见的扩频技术，它将原始信号通过频率跳变的方式进行扩展。
发送端将原始信号与扩频码进行乘法运算后，将信号的载频按照一定规律进行频率跳变。
接收端根据事先约定好的频率跳变规律，对接收到的信号进行解扩。
三、扩频技术的优点扩频技术具有以下几个优点：1. 抗干扰能力强：扩频技术通过将信号扩展到宽带，使得信号在频域上分散，降低了窄带干扰的影响，提高了通信系统的抗干扰能力。
2. 隐蔽性好：扩频技术将信号扩展到宽带，使得信号的功率密度降低，相对于窄带信号，扩频信号在频谱上更加分散，难以被敌方窃听。
3. 传输容量大：扩频技术通过将信号的带宽扩展，提高了信号的传输速率，可以同时传输多路信号。
4. 高精度定位：扩频技术在卫星导航系统中得到广泛应用，通过对接收到的多个扩频信号进行测距和测角，可以实现高精度的定位。
四、扩频技术的应用领域扩频技术在无线通信、卫星通信、雷达系统等领域广泛应用。
1. 无线通信：扩频技术在无线局域网(WLAN)、蓝牙、CDMA等无线通信系统中得到广泛应用，提高了通信系统的抗干扰性能和传输速率。
扩频通信原理
扩频通信原理扩频通信是一种利用扩频技术进行通信的方式，它通过将信号在较大的频带上进行传输，从而提高了通信系统的容量和抗干扰能力。
在扩频通信中，信号被调制成具有较大带宽的信号，然后再通过扩频码进行调制，最终在信道上传输。
扩频通信技术在军事通信、卫星通信、移动通信等领域有着广泛的应用。
扩频通信的原理主要包括信号调制、扩频码调制、信道传输和解调等几个方面。
首先，信号调制是将要传输的信息信号调制成具有较大带宽的信号，一般采用正交频分复用（OFDM）技术或者直接序列扩频（DSSS）技术。
接着，扩频码调制是将调制后的信号再通过扩频码进行调制，这个扩频码是一种伪随机序列，可以将信号的频谱扩展到较大的频带上。
然后，调制后的信号通过信道进行传输，这个信道可能会受到多径效应、多普勒频移等影响，因此需要采用合适的信道编解码技术来提高通信质量。
最后，接收端需要对传输过来的信号进行解调和解扩频，最终还原出原始的信息信号。
扩频通信的优点在于它具有较强的抗干扰能力和隐蔽性，因为扩频信号在频域上具有较大的带宽，使得它对窄带干扰信号具有很好的抑制作用。
此外，扩频码是一种伪随机序列，使得只有知道正确的扩频码才能够解扩频，因此具有较强的隐蔽性。
另外，扩频通信还可以实现多用户的同时通信，因为不同用户可以使用不同的扩频码来进行通信，从而提高了通信系统的容量。
然而，扩频通信也存在一些缺点，首先是它需要较大的带宽资源，这在一些频谱资源紧张的情况下会显得不太合适。
其次，扩频通信的系统复杂度较高，需要采用较复杂的调制解调器和编解码器，从而增加了系统的成本。
此外，由于扩频信号的带宽较大，使得其在功率和能耗上也会有所增加。
总的来说，扩频通信作为一种重要的通信技术，在现代通信系统中有着广泛的应用。
它通过利用扩频技术，提高了通信系统的容量和抗干扰能力，具有很好的隐蔽性和多用户接入能力。
随着通信技术的不断发展，相信扩频通信在未来会有更广阔的应用前景。
扩频通信系统的工作原理-118页精选文档
S0 N0
3mf2(1mf )•N Sii
mf=Δfm/fm 为调频指数, Δfm为最大频偏；调频系统的 信噪比近似与调频指数的3次方成正比，而mf表示了 信号的传输带宽与原始带宽的比值关系，若增加mf， 则输出信噪比提高。即调频系统的带宽与信噪比可
❖ (1) 调幅系统(AM系统)
AM信号的表达式为 s(t)=［A+f(t)］ cosω0t
式中: A为信号振幅; f(t)为调制信号, |f(t)|≤A。
❖ 调幅系统的信噪比
一般采用大信号包络检波，可得包络检波器的输 出信噪比为
S0 N0
2f 2(t) A2 f 2(t)
•
Si Ni
可见，调幅系统的输出信噪比与输入信噪比成
❖ 由此可见，在理想带通系统中，输出信噪比 So/No随着带宽B/BH的比值按指数规律增加， 带宽的增加能明显地提高系统的输出信噪比， 使系统的性能得到提高。
❖ 增加带宽的有效途径是通过编码或调制的方 法，增加信号的冗余度，从而使带宽增大。
❖ 2. 非编码系统
❖ 一般调制系统可分为编码系统和非编码 系统两大类。 所谓非编码系统是指系统 中消息空间的某一个符号, 可以变换为调 制信号空间的一个特定的符号。 调幅系 统和调频系统均属于非编码系统。 如在 调幅系统中, 原始信号的每一个可能的值, 都可以变换为已调信号的一个确定的振 幅值
❖ 例 2-1 ：某一系统的信号带宽为8 kHz, 信 噪比为7, 求信道容量C。 在C不变的情况 下, 信号带宽分别增加一倍和减小一半, 求 此信号功率的相对变化为多少？
1. 求信道容量C： CBI(1bS)2k4b /s 2. 将信号带宽增加1倍即16kHN z, C不变
S1
扩频通信的基本原理
扩频通信的理论基础1.1扩频通信的基本概念通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。
通信系统的有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。
这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。
在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。
显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。
在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。
通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。
由于信息在传输过程中受到干扰，收到的信息与发出的信息并不完全相同。
可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。
因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。
在模拟通信系统中，传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。
在数字通信系统中，传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。
扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了应用。
近年来，扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的应用。
扩频通信是扩展频谱通信的简称。
我们知道，频谱是电信号的频域描述。
承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数f(t)。
信号的时域表示式f(t)可以用傅立叶变换得到其频域表示式F(f)。
频域和时域的关系由式(1-1)确定：F(f) f(t)e f(t) F(f)e j2πftj2πft dtdf (1-1)函数f(t)的傅立叶变换存在的充分条件是f(t)满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)内绝对可积，即f(t)dt必须为有限值。
扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息信号f(t)无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。
扩频通信的工作原理
扩频通信的工作原理扩频通信是一种用于提高通信系统抗干扰能力和增加数据传输速率的调制技术。
其工作原理主要包括信号的扩频和解扩、信道编码和解码以及干扰抑制等几个关键步骤。
首先是信号的扩频和解扩。
扩频技术通过将待传输的信息信号用高速的伪随机码（也称为扩频码）进行调制，使得信号占用更宽的频带，从而降低信号在窄带干扰信号中的干扰程度。
在发送端，待传输的数字信号经过与扩频码的点乘运算，将信号的频率扩宽；在接收端，通过与接收端的扩频码进行点乘运算，将信号恢复到原本的频带宽度。
扩频码的选择是一项重要的决策，通常采用与信号的传输特性和通信系统要求相匹配的伪随机码。
扩频技术能够提高通信系统的抗干扰性能，并增加了通信系统的信息容量。
其次是信道编码和解码。
在扩频通信系统中，为了提高误码率性能，通常采用一种称为纠错编码的技术。
通过在发送端对待传输的数字信号进行编码，并在接收端对接收到的信号进行解码和纠错，可以有效提高通信系统的抗噪声和抗干扰能力。
常用的纠错编码方式包括卷积码和RS（Reed-Solomon）码等。
编码和解码过程中需要使用滑窗加法运算、矩阵运算等算法，将原始数据转换为差错控制码，并在接收端通过对差错控制码进行处理来检测和纠正传输过程中产生的错误。
最后是干扰抑制。
扩频通信技术可以利用其频带扩展的特点来对抗窄带干扰，尤其对于具有较宽频带的调制方式（如正交频分复用OFDM），能够更好地处理多径干扰。
此外，扩频通信系统还可以通过采用不同的扩频码和分集技术，实现信号的分集接收和增强系统的抗多址干扰能力。
分集技术包括时间分集、频率分集和空间分集等。
通过这些干扰抑制技术，扩频通信系统能够提高信号的传输质量和系统的数据传输速率。
总结起来，扩频通信的工作原理主要涉及信号的扩频和解扩、信道编码和解码以及干扰抑制等步骤。
通过扩频技术将信号的频带宽度扩大，通过信道编码和解码实现信号的纠错和解码，以及使用干扰抑制技术提升系统的抗噪声和干扰能力，这些步骤将共同为通信系统提供更可靠、高效的数据传输。
通信系统学习-扩频通信的基本概念和理论基础
作为工程估算， 信号的频带宽度与其脉冲宽度近似成 反比。 例如， 1 μs脉冲的带宽约为1 MHz。
第1章 扩频通信技术原理 扩频码序列：如果很窄的脉冲码序列被所传信息调制， 则可产生很宽频带的信号， 这种很窄的脉冲码序列(其码速 率是很高的)即可作为扩频码序列。 需要说明：所采用的扩频码序列与所传的信息数据是 无关的， 也就是说， 它与一般的正弦载波信号是相类似的， 丝毫不影响信息传输的透明性， 仅仅通信技术原理
扩展频谱：换取通信系统接收机输入端对C/N( 载噪 比 )或S/N(信噪比)的要求。
扩展频谱：对通信设备小型化、 低功率化、 减少通 信环境电磁干扰来说是十分重要的。
第1章 扩频通信技术原理
以移动通信系统为例： 1）第一代蜂窝移动通信系统采用话音调频(FM)； 接收机输 入端要求(C/N)≥18 dB； 2）第二代数字蜂窝移动通信系统的GSM系统采用TDMA、 GMSK数字话音调制， 接收机输入端信干比要求(S/I)≥9 dB 3）采用扩频技术的CDMA系统接收机输入端在Eb/n0取4.5 dB时， 相当于载干比(C/I)=－15 dB。
众所周知， 传输任何信息都需要一定的频带， 称为信 息带宽或基带信号频带宽度。
在常规通信系统中， 为了提高频率利用率。但扩频通 信的信号带宽与信息带宽之比则高达100～1000， 属于宽带 通信， 为什么要用频带这么宽的信号来传输信息呢？ 这样 岂不是太浪费宝贵的频率资源吗？
第1章 扩频通信技术原理 （2） 采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。
第1章 扩频通信技术原理
1.2 扩频通信的基本概念和理论基础
1.2.1 扩频通信的含义
扩频通信系统工作原理
2.1.5常用直扩调制方式
• 常用的直扩方式有正交相移键控（QPSK）直接序列扩频 和最小频移键控（MSK）。下面具体介绍（QPSK）：
• 1）具有任意数据相位调制的QPSK直接序列扩频系统 • 下图为一般QPSK直接序列扩频系统发端框图。其中数据
调制可采用任意数据相位调制方法。正交混合网络将输入 功率在两个正交支路中均分。QPSK调制器的输出为
扩频系统的波形示意图如图2-2所示：
a(t) c(t) d(t) s(t) rI(t) c(t) rI(t) a(t)
图 2-2
• 下面分析直扩信号的功率谱。发送端发送的信号s(t)为
s ( t) d ( t) co 0 t a s ( t) c ( t) co 0 t s
分析方法是求出s(t)的自相关函数 Rs()
• 直扩系统是将要发送的信息用伪随机序列（PN）扩展到 一个很宽的频带上，在接收端用与发送端相同的伪随机序 列对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出原来的信息。
2.1.1直扩系统的组成
直扩系统组成原理框图
信源 高放
a(t)
扩频
c(t)
PN码
d(t)
s(t)
调制
f0
振荡器
混频
fL
本振
（a）
r(t)
解扩
• 先看信号s'I(t),则 s 'I( t) s I( t) c '( t) a ( t) c ( t) c '( t)co I t s 若本地产生的伪随机码序列c'(t)与发端产生的c(t)同步， 有c'(t)=c(t)，则c(t)c'(t)=1，这样分量s'I(t)为
后面所接收的滤波器的频带正好能让信号通过，因 此可以进入解调器进行解调，将有用信号解调出来。
扩频通信的工作原理
扩频通信是一种通过将信号的带宽扩大，从而提高通信系统性能的技术。
它的工作原理可以简述如下：
1. 码片生成：发送端和接收端事先约定一种称为扩频码（或称为码片）的序列，该序列是一个低速码，通常比原始数据速率要低得多。
发送端根据待发送的数据，将其进行扩频码的生成，生成的扩频码与数据进行逐bit 或逐symbol 的异或运算。
2. 扩频：在发送端，将扩频码和原始数据进行逐位或逐符号的异或运算，将原始数据进行扩频。
这将导致信号的高频分量得到增强，并且信号的频谱扩展到更宽的带宽。
3. 发送：发送扩频后的信号，它的带宽比原始数据的带宽要宽得多。
这样做的好处是可以提高抗干扰性能和抗多径效应的能力。
4. 接收与解扩：接收端根据事先约定好的扩频码，对接收到的信号进行匹配滤波，以提取出原始数据。
匹配滤波是通过将接收到的信号与扩频码进行相关运算，得到相关输出。
由于扩频码的唯一性，只有正确匹配的扩频码才会得到最大的输出。
5. 解调和恢复：接收端对解扩后的信号进行解调，恢复出原始的数据信号。
解调的方法可以采用相干解调或非相干解调，根据具体的调
制方式选择不同的解调方法。
通过扩展带宽，扩频技术可以提高通信系统的抗干扰性能、抗多径效应、安全性和隐秘性。
同时，它也为多用户接入提供了更好的支持。
这使得扩频技术在无线通信领域广泛应用，如CDMA、GPS等。
通信系统学习-扩频的基本原理和扩频方式
第1章 扩频通信技术原理
一个DS扩频信号在一个更宽的频带范围内进行跳变。 DS/FH系统的处理增益为DS和FH处理增益之和。 因此， 有 时采用DS/FH反而比单独采用DS或FH可获得更宽的频谱扩 展和更大的处理增益。
第1章 扩频通信技术原理
对于DS/TH方式， 相当于在DS扩频方式中加上时间复 用。 采用这种方式可以容纳更多的用户。 在实现上， DS 本身已有严格的收发两端扩频码的同步， 加上跳时， 只不 过增加了一个通—断开关， 并不增加太多技术上的复杂度。
直接序列(DS， Direct Sequence)扩频就是直接用具有高 码率的扩频码序列在发端扩展信号的频谱。 而在收端， 用 相成原 始的信息。
第1章 扩频通信技术原理 例如，我们用窄脉冲序列对某一载波进行二进制相移键 控调制
图1-3 直接序列扩展频谱原理图
第1章 扩频通信技术原理
图1-4 跳频(FS)系统
跳频系统也占用了比信息
(a) 原理方框图； (b) 频率跳变图例 带宽要宽得多的频带。
第1章 扩频通信技术原理 3. 跳时(TH) 跳时：使发射信号在时间轴上跳变。用码序列进行选择的多 时片的时移键控。
图1-5 跳时系统 (a) 原理方框图； (b) 跳时图例
第1章 扩频通信技术原理 (2) 如果信号的总能量不变， 则频谱的展宽势必使各 频谱成分的幅度下降， 换句话说， 使信号的功率谱密度降 低。 这就是为什么可以用扩频信号进行隐蔽通信， 及扩频 信号具有低的被截获概率的原因。 (3) 在较宽的信息周期内， 如果载送信息的符号波形 是一个窄脉冲， 那么其信号的频谱要比所传信息的带宽要 宽， 跳时系统利用的正是这个原理。
由图1-1(b)可知， 脉冲重复周期增加一倍， 基频降低 一半， 谱线间隔也减小一半， 谱线密度增加一倍。
扩频通信的工作原理
扩频通信的工作原理扩频通信是一种广泛应用于无线通信系统中的调制技术，用于增加数据传输的可靠性和抗干扰性。
它通过将原始信号分散到一个较宽的带宽上，在接收端通过相同的扩频技术将信号提取出来。
扩频通信的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 编码：在发送端，扩频通信使用一个扩频码对原始数据进行编码。
扩频码由一系列具有较长码长的独立序列组成，这些序列被称为码片。
每个码片对应一个比特数据（或多个比特），扩频码可以有不同的编码方式，常见的编码方式有直接序列扩频（DSSS）和正交分频多路复用（OFDM）。
2. 扩频：在发送端，使用扩频码对原始数据进行扩频。
扩频是通过将每个比特数据与一个码片进行逻辑运算（通常为异或操作）来实现的。
这个操作将原始数据的每个比特，即0或1，扩展为一个码片序列，这样数据的带宽就被扩展了，实现了数据的扩频传输。
3. 调制：在发送端，通过对扩频信号进行调制，将其映射到一个载波上，从而形成调制信号。
调制方式可以有多种，常见的包括二进制相移键控（BPSK），四进制相移键控（QPSK）等。
4. 信道传输：经过调制的信号被发送到信道中进行传输。
由于扩频信号的带宽较宽，扩频通信在信道传输过程中可以提供更好的抗干扰能力和信号完整性。
这是因为扩频信号的能量被分散到带宽较宽的范围内，降低了窄带干扰对信号的影响。
5. 接收端处理：在接收端，通过与发送端使用相同的扩频码进行解码，将扩频信号中的原始数据恢复出来。
解码过程是编码过程的逆过程，通过将扩频信号与扩频码进行逻辑运算，得到原始数据序列。
6. 解调：在接收端，对解码的信号进行解调，将其转化为数字信号，并提取原始数据。
解调方式与调制方式相对应，常见的解调方式包括相干解调等。
通过以上的步骤，扩频通信实现了信号的传输和恢复。
扩频通信具有较好的抗干扰能力，可以在噪声和多径传播等复杂信道条件下工作。
它广泛应用于无线通信系统中，包括蓝牙、WLAN（无线局域网）、CDMA（码分多址）等。
(完整版)扩频通信的基本原理
扩频通信的基本原理所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。
扩频通信的基本特点，是传输信号所占用的频带宽度（W）远大于原始信息本身实际所需的最小带宽（B），其比值称为处理增益（Gp）：总之，我们用扩展频谱的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。
这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。
一、扩频通信系统的主要优点●易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率●抗干扰性强，误码率低。
扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽，而接收端又采用相关检测的办法来解扩，使有用宽带信息信号恢复成窄带信号，而把非所需信号扩展成宽带信号，然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。
这祥，对于各种干扰信号，因其在收端的非相关性，解扩后窄带信号中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干扰性强。
●保密性好，对各种窄带通信系统的干扰很小。
由于扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一步检测信号的参数(如伪随机编码序列)就更加困难，因此说其保密性好。
●可以实现码分多址。
扩频通信提高了抗干扰性能，代价是占用频带宽。
但是如果许多用户共用这一宽频带，则可提高频带的利用率。
由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。
这样在这一频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。
●抗多径干扰。
在无线通信中，长期以来，多径干扰始终是一个难以解决的问题之一。
在扩频通信中利用扩频码的自相关特性，在接收端从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成，都可以起到抗多径干扰的作用。
扩频通信的基本原理
扩频通信的基本原理扩频通信是一种通过将信号的带宽扩大，从而使信号在传输过程中具有更高的抗干扰能力和更好的保密性的通信技术。
它在无线通信领域中得到广泛应用，特殊是在军事通信、卫星通信和挪移通信等领域。
扩频通信的基本原理是通过将原始信号与一个称为扩频码的序列进行数学运算，从而将信号的频谱展宽。
这个扩频码可以是伪随机码，也可以是正交码。
伪随机码是一种看似随机的序列，但实际上具有一定的规律性。
正交码则是一组相互正交的序列。
在扩频通信中，发送端将原始信号与扩频码进行乘法运算，得到扩频信号。
扩频信号的频谱展宽后，可以在更宽的带宽范围内传输，从而提高了信号的抗干扰能力。
同时，由于扩频码的存在，惟独接收端知道正确的扩频码，才干正确地解码出原始信号，从而实现了一定程度的保密性。
在接收端，通过将接收到的扩频信号与相同的扩频码进行乘法运算，可以将信号的频谱压缩回原始带宽范围内。
然后，通过滤波器等处理，可以将原始信号从扩频信号中提取出来。
扩频通信的优点是具有较好的抗干扰性能和保密性能。
由于信号的频谱展宽，使得信号在传输过程中更难受到窄带干扰的影响。
同时，由于扩频码的存在，使得惟独知道正确扩频码的接收端才干正确解码，提高了通信的保密性。
扩频通信的应用非常广泛。
在军事通信中，扩频通信可以提高通信系统的抗干扰能力，保证通信的可靠性。
在卫星通信中，扩频通信可以提高信号的传输效率和抗干扰能力。
在挪移通信中，扩频通信可以提高系统的容量和覆盖范围。
总结起来，扩频通信是一种通过将信号的带宽扩大，从而提高抗干扰能力和保密性的通信技术。
它的基本原理是通过将原始信号与扩频码进行数学运算，将信号的频谱展宽，然后在接收端通过与相同的扩频码进行运算，将信号从扩频信号中提取出来。
扩频通信具有较好的抗干扰性能和保密性能，广泛应用于军事通信、卫星通信和挪移通信等领域。
扩频通信技术简介
卫星通信系统对通信的可靠性要求较高，扩频通信技术可 以通过提高信号的抗干扰能力和抗多径效应能力，保证通 信的可靠性。
大容量传输
卫星通信系统需要实现大容量的数据传输，扩频通信技术 可以通过采用高效的调制方式和多址接入技术，提高系统 的传输容量。
无线局域网（WLAN）中的应用
01
高数据传输速率
扩频通信基本原理
在发送端，扩频通信使用特定的扩频码对原始信号进行调制，将其频谱扩展至 更宽的频带范围内。在接收端，通过相同的扩频码对接收信号进行解扩，恢复 出原始信号。
发展历程及现状
发展历程
扩频通信技术经历了从直接序列扩频、跳频扩频到混合扩频 等多个发展阶段。随着无线通信技术的不断进步，扩频通信 技术也在不断发展和完善。
现状
目前，扩频通信技术已广泛应用于军事、民用等各个领域。 在军事领域，扩频通信技术主要用于提高抗干扰能力和保密 性；在民用领域，扩频通信技术则主要用于提高无线通信的 可靠性和数据术可应用于无线通信、卫星通信、移动通信、物联网等领域。其中， 在无线通信领域，扩频通信技术可用于提高抗干扰能力和数据传输速率；在卫星 通信领域，则可提高信号传输的抗干扰性和保密性。
高速移动环境下的性能问题
在高速移动环境下，由于多普勒效应等因素的影 响，扩频通信系统的性能会受到一定影响。解决 方法包括采用抗多普勒效应的技术、设计适用于 高速移动环境的扩频通信系统等。
05
扩频通信技术在现代通信系 统中的应用
移动通信系统中的应用
抗干扰能力强
扩频通信技术通过扩展信号的频谱，使得信号在传输过程中具有较 强的抗干扰能力，能够在复杂的电磁环境中保证通信质量。
混合扩频技术
原理
混合扩频技术是将直接序列扩频、跳频扩频和跳时扩频等多种扩频方式相结合，形成一 种综合的扩频通信技术。通过混合使用不同的扩频方式，可以进一步提高通信系统的抗
扩频技术原理
扩频技术原理扩频技术是一种在无线通信中广泛应用的调制技术，其原理是利用扩频序列将信号进行扩展，从而提高系统的抗干扰能力和安全性。
本文将从扩频技术的基本原理、应用领域和优势等方面进行阐述。
一、基本原理扩频技术的基本原理是利用宽带扩频信号来传输窄带信息信号。
在传输过程中，通过将窄带信号与扩频序列进行数学运算，使得信号的频谱得到扩展。
这样，原本窄带的信号就变得宽带化，从而提高了信号的抗干扰能力和安全性。
扩频序列是扩频技术的核心之一，它是一种特殊的数字序列，可以看作是一串由0和1组成的比特流。
扩频序列与原始信号进行逐比特运算，将原始信号扩展到更宽的频带上。
常见的扩频序列有伪随机码（PN码）和正交码等。
二、应用领域扩频技术广泛应用于无线通信领域，包括无线局域网（WLAN）、蓝牙、卫星通信、移动通信等。
在这些应用中，扩频技术能够有效提高通信系统的抗干扰能力，提高通信质量和可靠性。
在无线局域网中，扩频技术可以增加多用户同时接入网络的能力，提高网络的吞吐量和稳定性。
蓝牙技术中的扩频技术能够减小信号的功率，降低通信设备的功耗，延长电池寿命。
在卫星通信中，扩频技术可以提高信号的传输距离，扩大通信覆盖范围。
三、优势扩频技术相比于传统的窄带通信技术具有以下优势：1. 抗干扰能力强：扩频技术通过将信号扩展到更宽的频带上，使得信号在传输过程中更加稳定，能够有效抵抗多径干扰、频率选择性衰落等干扰现象。
2. 安全性高：扩频技术利用特殊的扩频序列对信号进行加密，使得信号在传输过程中难以被窃听和破解，提高了通信的安全性。
3. 多用户接入能力强：扩频技术能够在相同的频谱资源下支持多用户接入，提高了系统的容量和资源利用率。
4. 抗多径效应好：扩频技术通过信号的频带扩展，使得信号在多径传播环境中更加稳定，减小了多径效应对信号的影响。
四、发展趋势随着无线通信技术的不断发展，扩频技术也在不断演进和创新。
目前，扩频技术已经被广泛应用于5G通信、物联网、车联网等领域。
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o
Tc
1 N
NTc
图2-3 Rc ( ) 的波形图
• 对 Rc( )进行傅里叶变换，得到c(t)的功率谱密度为
• 功率谱如图
Gc()
o
1 2π NTc
2 Tc
(a)
Gs()
c
(b)
图2-4(a)为c(t)的功率谱，(b)为s(t)的功率谱
2.1.3 处理增益与干扰容限 处理增益与干扰容限是扩频系统的两个重要抗干扰指标下面 分别讨论。 1. 处理增益 在扩频系统中, 传输信号在扩频和解扩的处理过程中, 扩展频 谱系统的抗干扰性能得到提高, 这种扩频处理得到的好处, 就 称之为扩频系统的处理增益 , 其定义为接收相关处理器输出 与输入信噪比的比值, 即
2
S S x(t ) c1 (t d )c1 (t ˆd ) cos[IFt dy (( tt )] c12(( dd)) (t )sin[ IF dd(( )] ˆˆd)sin[ ) tt cc tt tt)] IF 21(t d 2 2 y (t )
s(t ) Sc1 (t ) cos[0t d (t )] Sc2 (t )sin[0t d (t )] = a(t ) b(t )
def
• 式中, c1(t)和c2(t)分别为同相和正交扩频波形， 扩频波形 的取值为±1。 假设这些扩频波形是切普(Chip)同步的， def 并且彼此独立。s(t ) Sc1 (t )cos[0t d (t )] Sc2 (t )sin[0t d (t )] = a(t ) b(t ) • 上式中两个正交项的功率谱均与 BPSK信号的功率谱形式 相同， 故总QPSK信号的功率谱等于两项功率谱的代数和。 这时可通过计算S(t)信号自相关函数来求其功率谱。 • 一般QPSK扩频接收机框图如下图所示。 其中带通滤波器 的中心频率为ωIF， 其带宽足以不失真地通过数据已调信 号。 利用简单的三角等式变换可得x(t)和y(t)：
S S dd))c c21(t ˆd )sin[ IFt d (t )] c2 (t d )c2 (t ˆd )sin[IFt d (t )] c12((tt 2 2
ห้องสมุดไป่ตู้
S c2 (t d )c2 (t ˆd )sin[IFt d (t )] 则 如果接收机解扩码相位正确， 2
分析方法是求出s(t)的自相关函数 Rs( ) 再进行傅里叶变换，就可得到s(t)的功率谱密度Gs(f)。对
s(t)求自相关函数有
Rs ( )
T /2 1 T T / 2
1 s(t ) s(t )dt Rd ( ) cos 0 2
由于a(t)和c(t)是由两个不同的信号源产生的，因而是相 互独立的，则
此可以进入解调器进行解调，将有用信号解调出来。
扩频系统的波形示意图如图2-2所示：
a (t ) c(t ) d (t ) s(t ) rI(t )
c(t ) rI(t ) a(t )
图 2-2
• 下面分析直扩信号的功率谱。发送端发送的信号s(t)为
s(t ) d (t ) cos 0t a(t )c(t ) cos 0t
高 放
混 频
中 放
解 调
频率 合成器 … PN码 产 生 器 同步 系统
图2-8跳频系统的组成
• 信源产生的信息流去调制频率合成器产生的载频，得到射
频信号。频率合成器产生的载频受伪随机码的控制。跳频 系统解调多采用FSK、ASK等进行非相干解调。
• ２.２.２ 跳频系统的信号分析 • 设信源产生的信号a(t)为双极性数字信号, 则
• PN码就是伪随机码，具有与二元随机序列性质相似的周 期性码组。是一种预先确定,并可重复实现的具有某种随
机特性的码,它仅有2个电平,是具有与白噪声类似的自相关
性质的0和1所构成的编码,只是幅度概率分布不再服从高 斯分布。
2.1.2直扩系统的信号分析
信号源产生的信号a(t)为信息流，码元速率为Ra,码元宽度为 Ta，Ta=1/Ra,则信号a(t)为
• 所谓干扰容限, 是指在保证系统正常工作的条件下, 接收机
能够承受的干扰信号比有用信号高出的分贝数, 用Mj表示,
有
S M j GP LS d B N o
式中Ls为系统内部损耗，(S/N)0为系统正常工作时要求 的最小输出信噪比，即相关器的输出信噪比或解调器的 输入信噪比；Gp为处理增益。
n 0
N 1
cn为伪随机码码元，取值+1或-1；gc(t)为门函数。
• 扩频过程实质上是消息流a(t)与伪随机码序列c(t)模2或相
乘的过程。伪随机码速率Rc比信息速率Ra大得多，一般
Rc/Ra>>1且为整数，所以扩频后的序列速率仍为伪随机 码速率Rc,扩展的序列d(t)为
d (t ) a(t )c(t ) dngc (t nTc )
• 先看信号s'I(t),则
s' I (t ) sI (t )c' (t ) a(t )c(t )c' (t ) cosIt
若本地产生的伪随机码序列c'(t)与发端产生的c(t)同步， 有c'(t)=c(t)，则c(t)c'(t)=1，这样分量s'I(t)为
后面所接收的滤波器的频带正好能让信号通过，因
（4）可以提高分辨率的测向、定位。利用直扩系统伪随机
码的相关性，可以完成精度很高的测距和定位。 （5）具有选址能力，可以实现码分多址。 （6）抗多径干扰。
直扩系统主要用途： 主要用于通信抗干扰、卫星通信、导航、保密通信、测距和
定位等方面。
2.1.5常用直扩调制方式 • 常用的直扩方式有正交相移键控（QPSK）直接序列扩频 和最小频移键控（MSK）。下面具体介绍（QPSK）： • 1）具有任意数据相位调制的QPSK直接序列扩频系统 • 下图为一般QPSK直接序列扩频系统发端框图。其中数据 调制可采用任意数据相位调制方法。正交混合网络将输入 功率在两个正交支路中均分。QPSK调制器的输出为
GP
输出信噪比 So / N o 输入信噪比 Si / N i
• 一般用分贝表示, 为
So / N o GP 10lg dB Si / N i
• 对于直扩系统，解扩器的输出信号功率不变，但对于干扰
信号而言，由于解扩过程相当于干扰信号的扩展过程，干
扰功率被分散到很宽的频带上，进入解调器输入端的干扰 功率相对于解扩器输入端下降很大，即干扰功率在解扩前 后发生了变化，因此对于直扩系统处理增益就是干扰功率 减小的倍数。
n 0
1an cn dn 1an cn
• 用此扩展后的序列去调制载波，将信号搬到载频上去。用
于直扩系统的调制，原则上大多数数字调制方式均可，但
应视具体情况，根据系统的性能要求来确定，较多的用 BPSK,MSK,QPSK,TFM等。 • 先对PSK进行分析，用一般的平衡解调器就可以完成PSK
rI(t)=SI(t)+JI(t)+nI(t)+SJ(t)
• 接收端的伪随机码产生器产生的伪随机序列与发送端的相同，
但起始时间和初始相位可能不同，为c'(t)。解扩与扩频过程
相同，用本地伪随机码序列c'(t)与接收到的信号相乘，相乘 后为r'I(t)=rI(t)c'(t)=s'I(t)+n'I(t)+J'I(t)+s'J(t)
高放
混频
fL c’(t )
解扩
解调
本振
PN码
（b） 图 2-1 直扩系统组成框图 （a）发射；（b）接收
同步
• a(t)是信源输出信号，码元持续时间为Ta。c(t)是伪随机码， 每一个伪随机码宽度为Tc。将信码与伪随机码进行模2 加， 产生速率与伪随机码速率相同的扩频序列，再用扩频序列 去调制载波，就可以得到已扩频调制的射频信号。 • 在接收端，收到的扩频信号进高放和混频后用与发端同步 的伪随机序列对中频的扩频调制信号进行相关解扩，将信 号的频带恢复成信息序列a(t)的频带，即中频信号；然后 再进行解调，恢复出所传输的信息a(t),从而完成信息的传 输。对于干扰信号和噪声，因与伪随机码序列不相关，在 相关解扩的作用下，相当于进行了一次扩频。干扰信号和 噪声频带被扩展后，谱密度降低，大大降低了进入信号通 频带内的干扰功率，使解调器的输入信噪比和信干比提高， 从而提高系统抗干扰能力。
• 直扩系统是将要发送的信息用伪随机序列（PN）扩展到
一个很宽的频带上，在接收端用与发送端相同的伪随机序
列对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出原来的信息。
2.1.1直扩系统的组成 直扩系统组成原理框图
a(t) d(t) s(t)
信源
c(t)
扩频
f0
调制
PN码
（a） r(t)
振荡器
r’(t)
a’(t)
• 则系统的处理增益为
So / P' J PJ fc Bc 射频带宽 Gp N Si / PJ P' J fa Ba 信息带宽
• 可见，直扩系统的处理增益为扩频信号射频带宽与传输的 信息带宽的比值，或为伪随机码速率Rc与信息传输速率
Ra的比值，也就是直扩系统的扩频倍数。
• 2. 干扰容限
ˆd ) c2 (t d )c2 (t ˆd ) 1 c1 (t d )c1 (t
因此有用信号被解扩。 解扩的有用信号通过带通滤波器， 而无用项被滤除， 于是 z(t ) 2S cos[IFt d (t )] 上述过程已假设接收机载波相位已达到正确同步，由z(t)可 见数据已调信号已完全恢复。z(t)信号经过解调后即可恢复 原始数据